Bruno Leibundgut promovierte an der Universität Basel im Jahr 1989. Danach folgten wissenschaftliche Aufenthalte an der Harvard University und der University of California, Berkeley, bevor er 1993 eine Stelle als Astronom an der Europäischen Südsternwarte (ESO) annahm. Die Physik explodierender Sterne und Kosmologie umfassen sein wissenschaftliches Interesse. Von 2008 bis 2014 war er Wissenschaftlicher Direktor der ESO. Er war Mitarbeiter des High-z Supernova Search Teams, das 1998 die beschleunigte Expansion des Universums entdeckte.